新型形状记忆环氧树脂的二次固化研究

论文摘要

空间展开结构技术由于具有可有效降低空间运载体积、较易构建大型空间结构及较大地缩减发射成本等优点而受到越来越多的关注。形状记忆复合材料具有可恢复应变量大、形状保持能力好、记忆效应具有多次可重复性等特点,是空间展开结构的理想材料。本文制备了一种具有形状记忆性能的环氧树脂基材料,对其形状记忆性能和力学性能进行研究,对环氧树脂基形状记忆聚合物进行增韧改性、二次固化研究,为了增强环氧树脂基形状记忆聚合物的力学性能,选取芳纶纤维作为增强材料,制备了形状记忆复合材料。采用差式扫描量热分析（DSC）测试了形状记忆环氧树脂体系的固化峰温度,添加二次固化剂的环氧树脂体系相比于未添加二次固化剂体系多出一个放热吸收峰,且两个放热峰温差在100℃以上,符合二次固化技术的要求;采用傅立叶红外光谱（FT-IR）分析了不同的形状记忆环氧树脂体系的固化度,经计算分析得到实际的环氧基团转化率与理论值存在一定偏差,未添加二次固化剂体系和添加二次固化剂但未引发固化反应的体系的环氧基团转化率相差不大,且都小于理论固化度,但添加二次固化剂并完全引发固化反应的体系的环氧基团转化率要明显提高;采用动态力学分析（DMA）测试了形状记忆环氧树脂体系的玻璃化转变温度和存储模量,在玻璃化转变温度之上进行折叠展开实验,确定具有形状记忆性能的体系;对不同体系形状记忆环氧树脂进行形状记忆性能测试和力学研究,发现虽然加入二次固化剂后形状记忆性能略有下降,但体系的力学性能得到提高;通过在形状记忆环氧树脂体系中掺杂芳纶纤维,得到了增强形状记忆复合材料,对其进行折叠-展开形状记忆性能测试,结果表明随纤维层数的增加,形状记忆复合材料的形状记忆性能下降;通过对形状记忆复合材料折叠弯曲形状进行观察,建立弯曲模型,推算出形状记忆复合材料中纤维弯曲半径和弯曲波长的关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 形状记忆聚合物研究现状
• 1.2.1 形状记忆聚合物
• 1.2.2 形状记忆聚合物的记忆机理
• 1.2.3 国内外形状记忆聚合物的研究进展
• 1.2.4 形状记忆聚合物的应用
• 1.3 形状记忆复合材料的研究现状
• 1.3.1 形状记忆复合材料
• 1.3.2 环氧树脂基形状记忆复合材料
• 1.3.3 形状记忆复合材料在空间展开结构上的应用
• 1.4 形状记忆环氧树脂的二次固化技术
• 1.4.1 形状记忆材料存在的问题
• 1.4.2 二次固化技术的提出和意义
• 1.4.3 二次固化剂的研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 实验方案与研究方法
• 2.1 实验材料和仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 形状记忆环氧树脂体系制备
• 2.2.1 形状记忆环氧树脂体系配方
• 2.2.2 形状记忆环氧树脂制备过程
• 2.3 形状记忆环氧树脂复合材料的制备
• 2.4 测试方法
• 2.4.1 示差扫描量热分析
• 2.4.2 动态力学分析
• 2.4.3 傅立叶红外光谱分析
• 2.4.4 凝胶时间测试
• 2.4.5 形状记忆性能表征
• 2.4.6 力学性能测试
• 第3章 可二次固化的形状记忆环氧树脂的制备与表征
• 3.1 固化剂选择及二次固化可行性研究
• 3.2 环氧树脂体系的形状记忆性能研究
• 3.2.1 环氧树脂体系的形状固定率
• 3.2.2 环氧树脂体系的形状回复速率
• 3.2.3 折叠展开次数对形状记忆性能影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 形状记忆环氧树脂增韧体系性能研究
• 4.1 二次固化可行性研究
• 4.2 环氧树脂增韧体系固化工艺的研究
• 4.2.1 固化温度
• 4.2.2 凝胶时间
• 4.3 环氧树脂增韧体系的固化度分析
• 4.4 环氧树脂增韧体系的DMA 测试
• 4.4.1 玻璃化转变温度
• 4.4.2 动态力学性能
• 4.5 环氧树脂增韧体系形状记忆性能研究
• 4.5.1 形状固定率
• 4.5.2 形状回复率
• 4.5.3 固化度对形状记忆性能的影响
• 4.5.4 温度对形状记忆性能的影响
• 4.5.5 折叠次数对形状记忆性能影响
• 4.6 二次固化对力学性能影响
• 4.6.1 固化度对拉伸强度的影响
• 4.6.2 固化度对断裂伸长率的影响
• 4.7 本章小结
• 第5章 形状记忆复合材料的制备与表征
• 5.1 复合材料形状固定率
• 5.2 复合材料形状回复速率
• 5.3 复合材料形状回复率
• 5.4 复合材料弯曲模型研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢